Реакторы – вращающиеся барабанные аппараты

Во вращающихся барабанных аппаратах – реакторах в системе твердое-твердое осуществляются 3 последних подготовительных операции, непосредственно сама химическая реакция и дополнительная операция – охлаждение продуктов реакции.

Относительная простота конструкции аппарата, обеспечение более или менее приличного теплообмена для больших масс порошкообразных материалов, возможность совмещения нескольких операций – процессов в одном корпусе, достижение больших производительностей (более 100 т/ч) при непрерывном режиме работы оборудования делает реакторы барабанного типа, с экономической точки зрения, предпочтительными перед другими типами реакторов.

Примером такого типа реакторов является барабанный аппарат для производства одного из важнейших строительных материалов – цемента (цементного клинкера).

На рис. 3.2. представлен общий вид вращающейся печи мокрого способа производства цемента длиной 185 м и диаметром 5 м. Данная печь имеет семь опор, уклон печи – 3,5 %. Масса аппарата – 2500 т (без футеровки). Мощность электродвигателя главного привода – два двигателя по 250 квт. Число оборотов печи – 0,6 ÷ 1,24 об/мин. Производительность при начальной влажности шлама – 38 % - 1730 т/сутки.

Рис. 3.2. Вращающаяся печь мокрого способа производства 5х185м:

1 – уплотнение загрузочного конца; 2 – бандаж; 3 – роликоопора; 4 – зубчатый венец; 5 – привод; 6 – корпус; 7 – гидравлический упор; 8 – уплотнение разгрузочного конца; 9 – разгрузочная головка; 10 – установка топливной форсунки.

Максимальная температура топочных газов в зоне плавления и интенсивной реакции в системе твердое-твердое – 1450⁰С. При этой температуре процесс клинкерообразования считается завершенным.

Примерно ¼ длины аппарата занимает зона процесса сушки шлама, интенсификация которого осуществляется путем навешивания гирлянды достаточно крупных цепей, которые быстро прогреваются и отдают теплоту шламу. Цепи также улучшают контакт газового потока со шламом и интенсифицируют процесс испарения влаги шлама, тем более, что во время сушки шлам изменяет свои реологические свойства и из жидкотекущего превращается в вязкую массу, а затем уже становится сыпучим. Газовый поток на входе в зону сушки с цепными завесами имеет температуру 800÷1000⁰С, а на выходе из нее - 150÷250⁰С.

Мокрый способ производства цементного клинкера является энергоемким, и поэтому его стараются заменять сухим способом производства.

Рис. 3.3. Печной агрегат сухого способа производства клинкера с вращающейся печью размером 6,4х7х95 м и производительностью 3000 т/сут: 1 – вращающаяся печь; 2 – циклонные теплообменники; 3 – холодильник клинкера; 4 – газовая горелка; 5 – электрофильтр для очистки воздуха из холодильника; 6 – клинкерный конвейер; 7 – вентилятор; 8 – труба для сброса очищенного воздуха.

На рис. 3.3 представлена вращающаяся печь сухого способа производства размером 6,4х7-95, т.е. длиной 95 м и внутренним диаметром – 6,4 м, а на входе – 7 м. Конструктивно вращающиеся печи сухого способа производства незначительно отличаются от вращающихся печей мокрого производства. Общая длина печи меньше и венцовая шестерня ставится ближе к «холодному» концу печи. На «холодном» конце печи температура отходящих газов составляет около 1000⁰С, в то время как при мокром способе производства - 150÷250⁰С. Поэтому вращающиеся печи 1 сухого способа производства клинкера для утилизации теплоты отходящих газов снабжены циклонными теплообменниками смешения 2. Газовая горелка 4 располагается ближе к выгрузочному концу печи, поэтому раскаленный клинкер высыпается в холодильник 3, откуда подогретый воздух направляется в печь для сжигания газового топлива. За счет наличия выносных циклонных теплообменников для лучших современных печных агрегатов удельный расход теплоты составляет 3100 кДж/кг клинкера, т.е. вдвое меньше, чем удельный расход теплоты мокрого способа производства. Печь футерована изнутри огнеупорным кирпичем. Печь установлена на четырех роликовых опорах с подшипниками качения. Предусмотрена система гидравлических упоров, обеспечивающих автоматическое и возвратно-поступательное движение печи вдоль ее оси с перемещением до 100 мм для компенсации температурных деформаций.

Производительность агрегата 6,4х7 – 95 составляет 3000 т/сутки [ ]. Затраты электроэнергии - 18÷22 квт·ч/т. Общая масса агрегата (без футеровки) – 3200 т.